WO1986005213A1 - Procede pour former selectivement au moins une bande de revetement d'un metal ou alliage sur un substrat d'un autre metal - Google Patents

Procede pour former selectivement au moins une bande de revetement d'un metal ou alliage sur un substrat d'un autre metal Download PDF

Info

Publication number
WO1986005213A1
WO1986005213A1 PCT/CH1986/000026 CH8600026W WO8605213A1 WO 1986005213 A1 WO1986005213 A1 WO 1986005213A1 CH 8600026 W CH8600026 W CH 8600026W WO 8605213 A1 WO8605213 A1 WO 8605213A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
coating
metal
alloy
thickness
Prior art date
Application number
PCT/CH1986/000026
Other languages
English (en)
Inventor
Georges Haour
Dag Fredrik Richter
Peter Boswell
Willy Wagnieres
Original Assignee
Battelle Memorial Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Battelle Memorial Institute filed Critical Battelle Memorial Institute
Priority to DE8686901320T priority Critical patent/DE3663038D1/de
Priority to AT86901320T priority patent/ATE42576T1/de
Publication of WO1986005213A1 publication Critical patent/WO1986005213A1/fr

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/006—Pattern or selective deposits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern

Definitions

  • the present invention relates to a method for selectively forming at least one coating strip of a metal or alloy on a substrate of another metal.
  • Electrolytic, CVD and PVD processes are expensive because of their slowness, co-lamination is a delicate operation when it is desired to obtain layers of the order of 10 to 40 ⁇ m in particular.
  • methods of coating with metal or a molten alloy have the drawback of making it difficult to control the structure of the coating. Indeed, when a hot substrate is coated with molten metal, it is necessary that there is good wetting of the metal of the substrate by the molten coating metal. This wetting is a function of the contact time and the temperature at which this contact occurs. During this wetting process, diffusion of the metal from the substrate to that of the coating occurs. This diffusion process is interrupted by the formation of an internal compound between the substrate and the coating metal and by the solidification of the coating.
  • the presence of alloy formed by dissolving the metal of the substrate is not acceptable, the major part of the coating having to be made of metal or alloy whose purity is preferably greater than 99%.
  • the numerous methods of deposition metal or molten alloy aid could not be used for a number of electrical or electronic applications in particular, for example for connection supports for integrated circuits or for electrical contact elements. The use of such methods would make it possible to increase notable the productivity of the coating operations of such substrates.
  • Such a method does not make it possible to produce selective coatings in the form of strips on a substrate, but only to coat it. It does not allow coatings with a thickness down to 4 ⁇ m. However, there are many applications, particularly in electronics, in which it is necessary to produce coatings in the form of strips, the thickness of which is less than 10 ⁇ m. When the thickness of the coating is reduced, the metal flow is reduced in proportion.
  • the object of the present invention is an adaptation of the technology of strip coatings by depositing liquid metal on substrates, capable of meeting the most stringent purity standards, which are currently only achievable by the aforementioned deposition techniques, the productivity is very significantly lower than that of the liquid metal deposition technique.
  • the subject of the present invention is a method for selectively forming at least one coating strip of a metal or alloy 4 to 50 ⁇ m thick on a substrate of another metal whose melting point is higher to that of the coating according to claim 1.
  • this process allows perfect control of the nature of the layer deposited whatever the metal of the substrate and the metal or alloy which is deposited there.
  • the metal strips thus deposited all have, above the intermetallic layer of limited thickness, the metal or the alloy with a purity substantially equal to that of the alloy or of the initial metal.
  • the section of the deposited metal strip is rectangular and therefore constant and its width is regular.
  • the advantage of this invention is that it allows the production of metallic substrates coated with molten metal or alloy, without the diffusion of the metal from the substrate into the coating affecting, with an unacceptable concentration, a portion of the thickness. coating such that the physical properties specific to the metal or alloy chosen are affected, in a proportion likely to make it, for example, unsuitable for specific uses which precisely require these properties.
  • tracks intended for the connection of integrated circuits which have a thickness of the order of 10 ⁇ m and the major part of which must consist of the coating metal, with a purity greater than 98%.
  • the appended drawing illustrates schematically and by way of example the essential parts of an installation for producing the metal substrate object of the invention and diagrams relating to the operating parameters of this installation.
  • Fig. 1 is a general elevation view of the coating installation.
  • Fig. 2 is a partial view in very schematic and enlarged side elevation of FIG. 1 representing the parameters which are related to the implementation of the method.
  • Figs. 3 and 4 are diagrams relating to different operating parameters.
  • the installation itself as illustrated in FIG. 1 comprises a frame 10 comprising an inlet channel 11 of the tape to be coated at the outlet of a preheating chamber 12, an outlet channel 13 associated with a cold water cooling circuit (not shown) a cylinder of graphite 14 rotatably mounted on the frame and cooled with water by a circuit (not shown).
  • a crucible 15 rests on a ceramic support ring 16 positioned by adjustment screws 21.
  • This crucible is housed in a closed enclosure 17 whose side wall is constituted by a quartz tube 18 and is heated by high frequency induction by a coil 19 arranged around the quartz killer 18.
  • the enclosure 17 is supplied with neutral gas type N 2 -10% H 2 .
  • thermocouple 20 is placed in the crucible 15 to measure the temperature of the metal and passes through a tube 22 intended to be connected to the source of neutral gas to create a dynamic pressure in the crucible intended to add to the resulting static pressure of the height of liquid metal.
  • FIG. 2 shows a nozzle 1 comprising a liquid metal supply duct 2 coming from the crucible 15 (FIG. 4).
  • This nozzle ends with lips 3 which protrude under the underside of the crucible on either side of the supply duct 2 parallel to the direction of movement of the substrate to be coated 4.
  • the liquid metal 5 leaving the duct supply 2 of nozzle 1 is distributed by capillarity between the substrate 4 and the lips 3 of the nozzle 1.
  • the first condition which must be fulfilled is the perfect adhesion of the coating 6 to the substrate 4.
  • the substrate must be heated to a temperature below its melting point which is itself higher than that of the metal intended to form the coating 6.
  • This adhesion is subject to perfect wetting of the substrate which can only be guaranteed if the contact time between this substrate and the molten metal is sufficient before the solidification of the coating begins 6.
  • the metal of the substrate 4 diffuses into the coating metal and forms with it intermetallic compounds which alter the physical properties of the coating metal.
  • the diffusion of the metal from the substrate is so great that the intermetallic compound (s) affect most of the thickness of the coating, the rest of this coating comprising in the form of an alloy, the metal of the substrate. , so that the metal of the coating is not found in the practically pure state in the coating or at least in the sufficiently pure state for several applications for which it is intended.
  • the metals present therefore have a more or less marked tendency to form one or more intermetallic compounds, which results in a more or less thick layer of this or these compounds in the coating.
  • the lips 3 of the nozzle 1 having a total length L of 2.7 mm
  • the supply duct 2 of the nozzle having a circular or rectangular section depending on the width of the coating. longed for.
  • the distance d between the lips 3 of the nozzle 1 and the substrate 4 is of rather great importance. In no case may it exceed 0.5 mm and is generally 0.15 mm or less, regardless of the thickness of the coating.
  • the length L of the lips 3 located on either side of the duct 2 must have a minimum dimension of the order of 2 mm, the dimension L ′ in turn must be between 1-5 mm.
  • the duct 2 can be off-center towards the rear of the nozzle 1 and relative to the direction of travel F of the substrate 4.
  • the installation works with a nozzle with a vertical axis, the surface of the substrate on which the deposit takes place is horizontal.
  • the axis of the nozzle is horizontal and that the substrate is vertical and moves from bottom to top since the liquid metal forms a meniscus between the substrate and the lips 3 of the nozzle under the effect of capillary forces.
  • the ribbon-substrate 4 previously heated, passes over the cylinder 14 which rotates at the speed of the ribbon. This the latter begins to cool from its back when the metal melted and deposited on the obverse. Consequently, cooling of the liquid metal begins at the interface with the substrate, thereby reducing the time during which the metal of the substrate can dissolve in the liquid metal.
  • this characteristic is important, given, on the one hand, that the spacing between the strip 4 and the nozzle 1 must be kept constant and, on the other hand, that the thermal inertia since the ribbon is very small, given its thickness, it is important to cool the ribbon.
  • the fastest cooling can only be obtained by means of the support itself, hence the advantage of using a rotary support whose surface cooling changes constantly and has time to cool itself before coming back into contact with another portion of the ribbon.
  • the cylindrical shape of the support is important, insofar as it allows a tension to be exerted on the tape 4 ensuring good contact with the support, preventing both the tape from vibrating and guaranteeing a good thermal transfer between the tape and the support cylinder 14.
  • the ribbon Leaving the surface of the cylinder 14, the ribbon enters the cooling channel in which a mist of liquid is sprayed to finish cooling it.
  • This example relates to the deposition of a 99.99% aluminum track on a substrate formed by a strip of Fe - 42% Ni.
  • the operating conditions of the deposition process are as follows: the substrate 4 is preheated to 620 ° C., the aluminum is melted at a temperature of 910 ° C.
  • the nozzle 1 is made of graphite and the supply duct 2 has a rectangular section of 0.7 x 5.0 mm, the major axis of this section being in a plane perpendicular to the drawing.
  • a pressure of 200 mm of water column is applied to the liquid metal.
  • the substrate surface is degreased in an alkaline solution and then it is etched with acid. The coating is carried out in an atmosphere of N 2 -
  • the coated substrate is cooled in water.
  • the running speed of the substrate is 1.8 m / min.
  • the characteristics of the product obtained are as follows: the maximum thickness of the coating is 12 ⁇ m and the average thickness is 8 ⁇ m, the roughness between the hollows and the bumps is 0.05 ⁇ m.
  • the layer of intermetallic compound at the interface is a layer of (NiFe) Al 3 with a thickness of 0.9 ⁇ m, the hardness of the coating is 52 Vickers, the composition of the aluminum layer comprises 1% by weight of (Ni + Fe), there is no change in color and the adhesion of the coating is good.
  • the substrate is preheated to 520 ° C and the aluminum is melted to
  • the substrate 4 is moved under the nozzle 1 at a speed of 2.1 m / min, the spacing between the lips 3 and the substrate 4 is always 0.15 mm.
  • the pressure applied to the liquid metal is 300 mm of water column.
  • the nozzle is the same as in Example 1, an orifice of 0.7 x 5.0 mm.
  • the preparation of the strip (substrate) is the same as for Example 1 and the coating atmosphere is also N 2 + 10% H 2 .
  • the coating obtained has a maximum thickness of 13 ⁇ m and an average thickness of 11 ⁇ m.
  • the roughness of the coating between the recesses and the bumps is 0.02 ⁇ m.
  • the layer of intermetallic compound (NiFe) Al 3 at the interface is 1.3 ⁇ m, the Al content of the coating above this layer of intermetallic compound is> 98.5% by weight, the hardness is 54 Vickers and grip is good.
  • a deposition of 99.99% Al on Fe - 42% Ni is carried out under conditions close to those of Example 2 and an average thickness of 23 ⁇ m is obtained with a layer of intermetallic compound of 1.6 ⁇ m and a concentration of Al in the coating of 98% by weight.
  • the diagram in fig. 3 was established by plotting the temperature of the substrate (ST) and the temperature of the deposited aluminum (YT) on the ordinate.
  • the constants were the substrate speed of 1.8 m / min, the Fe substrate - 42% Ni, the 99.99% Al serving as the substrate coating metal, the 0.15 mm spacing between the substrate and the lips 3 of the nozzle 1 and the width of 5.0 mm of the deposited aluminum track.
  • This diagram shows the presence of four zones, zone 1 in which the wetting of the substrate is incomplete, zone II in which particles of intermetallic compounds are found throughout the thick sor of the coating, a zone III which constitutes a transition zone and a zone IV in which there are three points E 1 , E 2 , E 3 corresponding respectively to examples 1, 2 and 3 mentioned above.
  • the diagram in fig. 4 shows in a system of coordinates X, Y giving respectively the temperatures of the substrate (ST) and of aluminum (AIT), the operating limits which are situated to the right of the curves I, II, III for substrate speeds of 2.1 m / min, 1.8 m / min and 1.5 m / min respectively.
  • the curves in dashed lines show the minimum thicknesses (5 ⁇ m, 10 ⁇ m, 20 ⁇ m and 25 ⁇ m) that can be obtained at these different speeds, this always in the case of deposits of 99.99% Al.
  • Al is deposited on a 99.95% Cu substrate, heating the substrate to 425 ° C and melting the Al at 795 ° C.
  • the substrate running speed is 6.0 m / min, the distance between the substrate and the nozzle is 0.15 mm, the pressure applied to the liquid metal is 400 mm water column, the pressure metallostatic being 20 mm.
  • the channel 2 of the nozzle is cylindrical and its diameter is 1.05 mm.
  • the substrate is previously degreased with solvent, the coating is carried out under an argon atmosphere and the cooling is in air with a speed of 5 ° C / s.
  • the coating obtained has a thickness of 15 ⁇ m, a hardness of 54 Vickers.
  • the layer of intermetallic compound on the surface of the substrate is 2.0 ⁇ m, the rest of the coating having> 97% Al.
  • the substrate is not subjected to any treatment prior to coating, which takes place under an atmosphere of 10% H 2 - N 2 followed by air cooling with a speed of 50 ° C / s.
  • the coating obtained has a thickness of 12 ⁇ m, a hardness of 56 Vickers.
  • the thickness of the intermetallic compound layer is 4 ⁇ m, the rest of the coating having> 98.5% Al.
  • Pb - 5% Sn is deposited on a Cu - 4% Sn substrate by heating the latter to 276 ° C and the Pb - 5% Sn alloy at 425 ° C.
  • the running speed of the substrate is 4.7 m / min and the spacing between the nozzle and the substrate is 0.08 mm.
  • the pressure exerted on the liquid metal is 200 mm of water column.
  • the feed channel of the nozzle is of rectangular section 0.7 x 12.0 mm.
  • the strip substrate is degreased beforehand with an alkaline solution and slightly pickled with acid.
  • the coating takes place under an atmosphere of 10% H 2 - N 2 with cooling in water.
  • the coating has a maximum thickness of 22 ⁇ m and an average of 20 ⁇ m, a hardness of 40 Vickers and a roughness of 0.05 ⁇ m.
  • the layer of intermetallic compound of (Cu 6 Sn 5 ) on the surface of the substrate has a thickness of 2.0 ⁇ m, the rest of the layer having ⁇ 1% Cu. The coating color does not change.
  • Pb - 5% Sn is deposited on a Cu - 4% Sn substrate by heating the latter to 330 ° C and melting the coating alloy at 438 ° C.
  • the running speed of the substrate is 2.1 m / min and the spacing between the nozzle and the substrate is 0.35 mm.
  • the graphite nozzle supply channel has a circular cross-section of 1.2 mm in diameter.
  • the strip substrate is degreased beforehand in an alkaline solution.
  • the coating takes place under an atmosphere of 10% H 2 - N 2 and then cooled in water.
  • the coating obtained has a maximum thickness of 44 ⁇ m and an average of 22 ⁇ m, its hardness is 40 Vickers and its roughness is 0.02 ⁇ m.
  • the layer of intermetallic compound (Cu 6 Sn 5 ) on the surface of the substrate has a thickness of 2.5 ⁇ m, the rest of the layer having ⁇ 1% Cu. The grip is good.
  • 95% Pb 5% Sn is deposited on a Cu - 4% Sn substrate by heating the latter to 290 ° C. while the deposited alloy is heated to 425 ° C.
  • the speed of the substrate is 7.8 m / min and the distance between the nozzle and the substrate is 0.45 mm.
  • the pressure exerted on the liquid metal is 200 mm of water column.
  • the graphite nozzle channel has a rectangular section of 0.7 x 5.0 mm.
  • the strip substrate is degreased beforehand with an alkaline solution and then pickled with acid.
  • the coating takes place under an atmosphere of 10% H 2 - N 2 and is then cooled with water.
  • the coating obtained has a maximum thickness of 38 ⁇ m and an average of 33 ⁇ m, its hardness is 50 Vickers and its roughness is 0.1 ⁇ m.
  • the layer of intermetallic compound (Cu 6 Sn 5 ) on the surface of the substrate has a thickness of 0.5 ⁇ m, the rest of the layer having ⁇ 1% Cu. The adhesion of the coating is good.
  • the graphite nozzle supply channel has a rectangular section of 0.7 x 5.0 mm.
  • the strip substrate is degreased beforehand with an alkaline solution and subjected to an electrolytic pickling.
  • the coating takes place under an atmosphere of 10% H 2 - N 2 and is then cooled with water.
  • the coating thus obtained has a thickness of 5.0 ⁇ m maximum and 4.5 ⁇ m on average, its hardness is 54 Vickers and its roughness is 0.5 ⁇ m.
  • the layer of intermetallic compound (NiAl 3 ) on the surface of the substrate has a thickness of 0.5 ⁇ m, the rest of the layer having 1.0% Ni by weight. The grip is good.
  • the graphite nozzle channel has a rectangular section of 0.7 x 5.0 mm.
  • the strip substrate is degreased beforehand with an alkaline solution and pickled electrolytically.
  • the coating takes place under an atmosphere of N 2 - 10% H 2 and is then cooled with water.
  • the coating obtained has a maximum thickness of 6 ⁇ m and an average thickness of 5 ⁇ m, its hardness is 54 Vickers and its roughness is 0.05 ⁇ m.
  • the prior coating of the substrate with nickel deposited by electrolytic means makes it possible to considerably increase the purity of the coating metal deposited on the substrate.
  • the coating according to Example 9 makes it possible to satisfy all of the requirements required for the manufacture of connection supports for integrated circuits.
  • the aluminum of the coating must have a purity> 99% by weight, a thickness between 4 and 10 ⁇ m ⁇ 1 ⁇ m, a width between 2 - 10 mm ⁇ 0.2 mm.
  • the roughness must be 0.1 ⁇ m between hollows and bumps.
  • the structure of the layer must have no defects, the thickness of the intermediate layer must be ⁇ 1 ⁇ m and the hardness ⁇ 70 Vickers.
  • the coatings of Pb-5% Sn of Examples 5, 6 and 7 meet in particular the requirements required for the coating of the connection tabs of the integrated circuit supports.
  • the dissolution of copper from the substrate must be ⁇ 1% by weight and the layer of intermetallic compound must be ⁇ 1 ⁇ m.
  • the dimensions must be between 4 - 50 ⁇ m for the thickness, 1 - 30 mm for the width and the profile must be rectangular.
  • the coating Cu is 99.95% electrolytic copper and the total pressure at the outlet of the nozzle is 300 mm of water column.
  • the steel tape was previously degreased with an alkaline product and pickled with acid. The deposition takes place in an atmosphere of N 2 - 10% H 2 and the cooling at the outlet of the graphyte cylinder 14 is carried out with water.
  • the coating thus obtained has a thickness of 30 ⁇ m.
  • the purity of the metal of the coating strip is> 99%, the thickness of the intermetallic layer is 0 ⁇ m, the hardness is 80 Vickers and the roughness of 0.5 ⁇ m.
  • the molten metal is at 1340 ° C and the substrate at 610 ° C.
  • the spacing between the substrate and the nozzle is 60 ⁇ m.
  • the nozzle has a rectangular outlet orifice arranged transversely to the direction of travel of the substrate of 0.7 x 5 mm.
  • the lip 3 disposed in front of the orifice 2 has a width L 'of 2 mm and that which is upstream of 1 mm.
  • the pressure of the liquid metal at the outlet is 300 mm of water column.
  • the substrate was previously degreased in an alkaline solution and pickled with acid.
  • the atmosphere of the deposit is composed of N 2 - 10% H 2 . Cooling at the outlet of the graphite cylinder is carried out with water.
  • the coating thus obtained has a thickness of 50 ⁇ m, a purity of> 99%, an intermetallic layer of 0 ⁇ m, a Vickers hardness of 80 and a roughness of 0.8 ⁇ m.
  • Cu 5% Pb is deposited on the same substrate as in Examples 11 and 12.
  • the speed of the substrate is 3.6 m / min
  • the temperature of the molten alloy is 1160 ° C. that of the substrate is 550 ° C
  • the spacing between the nozzle and the substrate is 60 ⁇ m.
  • the dimensions of the nozzle are 0.7 x 5 mm for its outlet orifice transverse to the direction of travel of the substrate and the lips 3 by 1 mm the width on either side of these lips.
  • the pressure at the outlet of the nozzle is 100 mm of water column.
  • the coating has a thickness of 40 ⁇ m a purity> 98%, an intermetallic layer of 0.5 ⁇ m, a hardness of 110 Vickers and a roughness of 0.5 ⁇ m.
  • Al 99.95% Al is deposited on a Fe - 42% Ni substrate traveling at 6.0 m / min by heating the Al to 740 ° C, the substrate to 615 ° C and applying pressure to the outlet of the 200 mm water column nozzle.
  • the spacing between the nozzle and the substrate is 250 ⁇ m.
  • the nozzle has a rectangular opening and transverse to the ribbon-substrate of 0.7 x 5 mm and lips 3 of 2 mm on either side of the opening 2.
  • the coating obtained has a thickness of 30 ⁇ m, a purity> 98%, an intermetallic layer of 0.4 ⁇ m, a Vickers hardness of 50 and a roughness of 0.3 ⁇ m.
  • Pb 3.5 Sn 1.5% Ag is deposited on a Ni substrate which travels at 12.0 m / min, while heating the Pb alloy to 490 ° C and the substrate to 280 ° C.
  • the spacing between the nozzle and the substrate is 250 ⁇ m and the pressure at the outlet of the nozzle 200 mm of water column.
  • the nozzle has a rectangular opening of 0.7 x 12 mm and a lip width downstream of the opening of 1 mm and 2 mm upstream.
  • the deposit conditions are the same as for Examples 11 to 14.
  • the coating obtained has a thickness of 50 ⁇ m, a purity> 99%, an intermetallic layer of 0.3 ⁇ m, a Vickers hardness of 80 and a roughness of 0.7 ⁇ m.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Coating With Molten Metal (AREA)

Abstract

Le substrat métallique (4) est recouvert d'un revêtement (6) d'un autre métal ou alliage de 4 à 50 mum d'épaisseur par dépôt de métal ou alliage en fusion (5) à travers une buse (2), ce point de fusion étant inférieur à celui du métal du substrat. Ce revêtement comporte, à partir du substrat, une couche d'un composé intermétallique comprise entre 0,5 et 4 mum d'épaisseur dans une limite ne dépassant pas 40% de l'épaisseur totale, le reste étant formé du métal ou de l'alliage initial utilisé pour le revêtement dans une proportion comprise entre 97% et 99,5% en poids.

Description

PROCEDE POUR FORMER SELECTIVEMENT AU MOINS UNE BANDE DE REVETEMENT D'UN METAL OU ALLIAGE SUR UN SUBSTRAT D'UN AUTRE METAL
La présente invention se rapporte à un procédé pour former sélectivement au moins une bande de revêtement d'un métal ou alliage sur un substrat d'un autre métal.
Il existe des quantités de procédés pour revêtir un substrat métallique d'un autre métal. On peut citer notamment les dépδts électrolytiques, les dépôts par CVD (dépôts chimiques de vapeur) ou par PVD (dépôts physiques de vapeur), des procédés de co-laminage à chaud et enfin des procédés de revêtement avec du métal en fusion, soit en trempant le substrat dans un bain de métal liquide comme dans le cas du zingage, soit en déposant le métal liquide sur le substrat.
Les procédés électrolytiques, CVD et PVD sont chers en raison de leur lenteur, le co-laminage est une opération délicate lorsque l'on désire obtenir des couches de l'ordre de 10 à 40 um notamment. De leur côté, les procédés de revêtement par du métal ou un alliage en fusion présentent l'inconvénient de rendre difficile la maîtrise de la structure du revêtement. En effet, lorsque l'on revêt un substrat chaud par du métal en fusion, il est nécesaire qu'il y ait un bon mouillage du métal du substrat par le métal de revêtement en fusion. Ce mouillage est fonction du temps de contact et de la température à laquelle ce contact se produit. Pendant ce processus de mouillage, une diffusion du métal du substrat dans celui de revêtement se produit. Ce processus de diffusion est interrompu par la formation d'un composé inteπnétallique entre le substrat et le métal de revêtement et par la solidification du revêtement. Dans certaines applications, notamment des applications électriques où la résistivité du revêtement constitue un facteur primordial, la présence d'alliage formé par dissolution du métal du substrat n'est pas acceptable, la majeure partie du revêtement devant être constituée de métal ou d'alliage dont la pureté est de préférence supérieure à 99%. Compte tenu de la dissolution plus ou moins importante du métal du substrat dans le métal ou l'alliage de revêtement, inhérente au mouillage de ce substrat, qui est le gage d'une bonne adhérence du revêtement, les nombreux procédés de dépôts à l'aide de métal ou d'alliage fondu n'ont pas pu être utilisés pour nombre d'applications électriques ou électoniques notamment, par exemple pour des supports de connexion de circuits intégrés ou pour des éléments de contacts électriques. Or, l'utilisation de tels procédés permettrait d'accroître de façon notable la productivité des opérations de revêtement de tels substrats.
On a déjà proposé dans le FR-A-1.584.626 d'enrober un ruban d'acier d'une couche d'aluminium ou d'alliage d'aluminium en faisant passer verticalement ce ruban de bas en haut à travers une fente verticale d'un bec d'alimentation relié à un creuset d'aluminium en fusion. En passant dans l'aluminium liquide remplissant la fente verticale, le ruban se déplaçant de bas en haut crée des forces capillaires qui équilibrent la force de gravité s'exerçant sur le liquide et est recouvert de métal à la sortie de cette fente. Après solidification on obtient un ruban d'acier enrobé d'aluminium. Il s'agit donc d'un procédé d'enrobage qui permet d'obtenir des couches de 20 à 100 um d'épaisseur avec formation à l'interface d'une couche de composé intermétallique ne dépassant pas 2 μm.
Un tel procédé ne permet pas de réaliser des revêtements sélectifs sous forme de bandes sur un substrat, mais uniquement de l'enrober. Il ne permet pas de réaliser des revêtements dont l'épaisseur descend jusqu'à 4 μm. Or, il existe de nombreuses applications, notamment en électronique, dans lesquelles il est nécessaire de réaliser des revêtements sous forme de bandes, dont l'épaisseur est inférieure à 10 μm. Lorsqu'on réduit l'épaisseur du revêtement, on réduit en proportion le débit de métal. De ce fait, avec le procédé décrit dans le document cité ci-dessus, dans lequel le métal liquide est maintenu en équilibre par les forces capillaires du ruban qui se déplace de bas en haut, si le débit de métal diminue, le temps de séjour du métal fondu dans le bec augmente, d'où le risque que ce métal en fusion se trouve peu à peu contaminé par le métal du substrat dont la dissolution, compte tenu du volume de métal liquide stagnant dans le bec, peut se propager dans cette masse de métal au fur et à mesure du déroulement du procédé. De ce fait, même s'il est possible de limiter l'épaisseur de la couche intermétallique à moins de 2 um, il est probable que la pureté du reste du métal de revêtement soit abaissée de façon significative, c'est-à-dire au-delà de 2% à 3% par rapport à sa pureté initiale, ce qui exclut certaines applications notamment dans le domaine de l'électronique.
Cette probalité est d'autant plus grande que, contrairement à l'application unique décrite dans le FR-A-1.585.626 où il s'agit de déposer une cuche d'Al ou d'alliage Al que sur un substrat en acier inoxydable ou martensitique, dans les applications destinées à l'électronique, le revêtement est en Al ou un alliage Pb - Sn notamment sur un substrat de Cu/Sn, Fe, Cu, Fe/Ni etc. Or, il s'avère que les vitesses de dissolution des métaux des substrats utilisés pour ces applications sont toutes plus ra pides que celles de l'acier inoxydable ou martensitique.
On comprend dès lors que, quand bien même les techniques de revêtement d'un métal sur un substrat d'un autre métal existent depuis plus de 50 ans et qu'elles ont fait l'objet de nombreuses applications dont la littérature fait foi, le revêtement de substrat par des. bandes métalliques très minces, notamment < 20 μm voire < 10 μm avec du métal dont la pureté est de l'ordre de 99% sur les 4/5 de son épaiseur n'a encore pas pu être réalisé par cette technique qui n'était réservée jusqu'ici qu'à des technologies dont les exigences étaient moins contraignantes.
Le but de la présente invention est une adaptation de la technologie des revêtements en bandes par dépôt de métal liquide sur des substrats, susceptibles de satisfaire les normes de pureté les plus sévères, qui ne sont réalisables actuellement que par les techniques de dépôts susmentionnées dont la productivité est très sensiblement inférieure à celle de la technique par dépôt de métal liquide.
A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé pour former sélectivement au moins une bande de revêtement d'un métal ou alliage de 4 à 50 μm d'épaisseur sur un substrat d'un autre métal dont le point de fusion est supérieur à celui du revêtement selon la revendication 1.
Les avantages de ce procédé découlent bien évidemment de sa productivité accrue par rapport aux procédés de l'état de la technique. Comme on le constatera des exemples cités ci-après, ce procédé permet un parfait contrôle de la nature de la couche déposée quel que soit le métal du substrat et le métal ou l'alliage qui y est déposé. Les bandes métalliques ainsi déposées présentent toutes, au-dessus de la couche intermétallique d'épaisseur limitée, le métal ou l'alliage avec une pureté sensiblement égale à celle de l'alliage ou du métal initial. En outre, la section de la bande de métal déposée est rectangulaire et donc constante et sa largeur est régulière.
L'avantage de cette invention est de permettre la production de substrats métalliques revêtus de métal ou d'alliage en fusion, sans que la diffusion du métal du substrat dans le revêtement n'affecte, avec une concentration inadmissible, une portion de l'épaisseur du revêtement telle que les propriétés physiques propres au métal ou à l'alliage choisi soient affectées, dans une proportion susceptible de le rendre, par exemple, impropre à des utilisations spécifiques qui requièrent précisément ces propriétés. C'est ainsi que l'on peut réaliser sur des substrats conducteurs, des pistes destinées à la connexion de circuits intégrés qui ont une épaisseur de l'ordre de 10 μm et dont la majeure partie doit être constituée par le métal de revêtement, avec une pureté supérieure à 98%.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple les parties essentielles d'une installation de production du substrat métallique objet de l'invention et des diagrammes relatifs aux paramètres de fonctionnement de cette installation.
La fig. 1 est une vue générale en élévation de l'installation de revêtement.
La fig. 2 est une vue partielle en élévation latérale très schématique et agrandie de la fig. 1 représentant les paramètres qui sont en relation avec la mise en oeuvre du procédé.
Les fig. 3 et 4 sont des diagrammes relatifs à différents paramètres de fonctionnement.
L'installation proprement dite telle qu'elle est illustrée par la fig. 1 comporte un bâti 10 comprenant un canal d'entrée 11 du ruban à revêtir à la sortie d'une enceinte de préchauffage 12, un canal de sortie 13 associé à un circuit de refroidissement à l'eau froide (non représenté) un cylindre de graphite 14 monté rotativement sur le bâti et refroidi à l'eau par un circuit (non représenté). Un creuset 15 repose sur un anneau de support 16 en céramique positionné par des vis de réglage 21. Ce creuset est logé dans une enceinte fermée 17 dont la paroi latérale est constituée par un tube de quartz 18 et est chauffée par induction haute fréquence par une bobine 19 disposée autour du tue de quartz 18. L'enceinte 17 est alimentée en gaz neutre type N2-10% H2. Un thermocouple 20 est placé dans le creuset 15 pour mesurer la température du métal et passe à travers un tube 22 destiné à ête relié à la source de gaz neutre pour créer une pression dynamique dans le creuset destinée à s'ajouter à la pression statique résultant de la hauteur de métal liquide.
La figure 2 montre une buse 1 comprenant un conduit d'alimentation en métal liquide 2 provenant du creuset 15 (fig. 4). Cette buse se termine par des lèvres 3 qui font saillie sous la face inférieure du creuset de part et d'autre du conduit d'alimentation 2 parallèlement à la direction de déplacement du substrat à revêtir 4. Le métal liquide 5 sortant du conduit d'alimentation 2 de la buse 1 se répartit par capillarité entre le substrat 4 et les lèvres 3 de la buse 1. Au fur et à mesure que le substrat se déplace dans le sens de la fèche F, une portion du métal liquide se solidifie au contact de ce substrat et est entraînée avec lui pour former le revêtement 6. La première condition qui doit être réalisée est la parfaite adhérence du revêtement 6 sur le substrat 4. A cet effet, le substrat doit être chauffé à une température inférieure à sa température de fusion qui est elle-même supérieure à celle du métal destiné à former le revêtement 6. Cette adhérence est subordonnée à un parfait mouillage du substrat qui ne peut être garanti que si le temps de contact entre ce substrat et le métal en fusion est suffisant avant que ne commence la solidification du revêtement 6. Pendant cette phase de mouilage du substrat 4 par le métal liquide 5, le métal du substrat 4 diffuse dans le métal de revêtement et forme avec lui des composés intermétalliques qui altèrent les propriétés physiques du métal de revêtement. Généralement, avec ce mode de revêtement, la diffusion du métal du substrat est tellement importante que le ou les composés intermétalliques affectent la majeure partie de l'épaisseur du revêtement, le reste de ce revêtement comportant sous forme d'alliage, le métal du substrat, de sorte que le métal du revêtement ne se retrouve pas à l'état pratiquement pur dans le revêtement ou au moins à l'état suffisamment pur pour plusieurs applications auquel il est destiné.
Pour remédier à cet inconvénient, sans nuire à l'adhérence du revêtement sur le substrat, il est nécessaire de réunir un ensemble de conditions qui, une fois le mouillage du substrat 4 assuré, assurent une vitesse de solidification du revêtement qui soit aussi rapide que possible et plus rapide que la vitesse de diffusion du métal du substrat dans le métal liquide déposé à sa surface, pour bloquer cette diffusion aussi près que possible du substrat et assurer qu'une proportion aussi grande que possible du revêtement 6 soit formée de métal aussi pur que possible et que la couche de composé intermétallique soit aussi mince que possible. Il est évident que les paramètres entrant en jeu sont nombreux. Ils sont liés, d'une part, à des dimensions constructives de l'installation, d'autre part, à des conditions opératoires et enfin à la vitesse de diffusion du métal du substrat dans le métal de revêtement, ainsi qu'au diagramme de phase relatif aux métaux utilisés. C'est la raison pour laquelle, si le processus conduisant à la formation d'un revêtement formé en grande partie de métal aussi pur que possible (ou d'un alliage déterminé) est explicable par la théorie exposée ci-dessus relative aux vitesses de dissolution et de solidification, on comprendra aisément qu'il est difficile de fixer une règle commune, celle-ci étant non seulement tributaire des conditions opératoires, mais également des propriétés que les différents métaux en présence ont de former un ou plusieurs composés intermétalliques, à différentes températures au cours du refroidissement du revêtement. Dans certains cas, les métaux en présence ont de ce fait une tendance plus ou moins marquée à former un ou plusieurs composés intermétalliques, qui se traduit par une couche d'épaisseur plus ou moins grande de ce ou ces composés dans le revêtement. On a cependant pu établir, par une série d'essais réalisés avec différents métaux ou alliages, utilisés pour former des revêtements sur des substrats formés d'autres métaux ou alliages à points de fusion plus élevés que ceux des métaux ou alliages déposés, qu'il est possible d'obtenir des revêtements de 5 à 50 μm d'épaisseur ne comprenant pas une couche de composé intermétallique supérieure à 0,5 à 4 μm, dans une limite ne dépassant pas 50% de l'épaisseur totale du revêtement et que le métal ou l'alliage de revêtement initial se retrouve avec une teneur d'au moins 97% dans le reste de ce revêtement. On verra dans les exemples qui vont suivre que, dans bien des cas, les limites susmentionnées peuvent être notablement réduites et que l'on peut obtenir des revêtements pour des technologies aussi exigentes que les supports de connexion de circuits intégrés par exemple, où le degré de pureté requis du métal de revêtement et l'épaisseur de la couche intermétallique doivent répondre à d.es exigences très sévères.
Tous les exemples cités ont été réalisés avec la même installation, les lèvres 3 de la buse 1 présentant une longueur totale L de 2,7 mm, le conduit d'alimentation 2 de la buse présentant une section circulaire ou rectangulaire suivant la largeur du revêtement désiré. La distance d entre les lèvres 3 de la buse 1 et le substrat 4 présente une assez grande importance. Elle ne peut en aucun cas excéder 0,5 mm et se situe généralement à 0,15 mm, voire moins, quelle que soit l'épaisseur du revêtement. La longueur L des lèvres 3 situées de part et d'autre du conduit 2 doit avoir une dimension minimum de l'ordre de 2 mm, la dimension L' quant à elle doit être comprise entre 1-5 mm. Le conduit 2 peut être décentré vers l'arrière de la buse 1 et par rapport au sens de défilement F du substrat 4. Il faut signaler que, dans le cas particulier, l'installation travaille avec une buse à axe vertical, la surface du substrat sur laquelle a lieu le dépôt est horizontale. Toutefois, si cette position facilite la mise en oeuvre, il n'est pas exclu que l'axe de la buse soit horizontal et que le substrat soit vertical et se déplace de bas en haut étant donné que le métal liquide forme un ménisque entre le substrat et les lèvres 3 de la buse sous l'effet de forces capillaires.
Comme illustré par la fig. 1, le ruban-substrat 4, préalablement chauffé, passe sur le cylindre 14 qui tourne à la vitesse du ruban. Ce dernier commence à se refroidir à partir de son revers au moment où sur l'avers, le métal fondu et déposé. Par conséquent, le refroidissement du métal liquide commence par l'interface avec le substrat, réduisant ainsi le temps pendant lequel le métal du substrat peut se dissoudre dans le métal liquide. Dans le cas d'un substrat mince, cette particularité est importante, étant donné, d'une part, que l'écartement entre le ruban 4 et la buse 1 doit être maintenu constant et, d'autre part, que l'inertie thermique du ruban étant très faible compte tenu de son épaisseur, il est important de refroidir le ruban. Or, comme il faut le supporter pour l'empêcher de vibrer, le refroidissement le plus rapide ne peut être obtenu que par l'intermédiaire du support lui-même, d'où l'intérêt d'utiliser un support rotatif dont la surface de refroidissement change constamment et a le temps de se refroidir elle-même avant de revenir en contact avec une autre portion du ruban. La forme cylindrique du support est importante, dans la mesure où elle permet d'excercer une tension sur le ruban 4 assurant un bon contact avec le support, empêchant à la fois le ruban de vibrer et garantissant un bon transfert thermique entre le ruban et le cylindre de support 14.
En quittant la surface du cylindre 14, le ruban rentre dans le canal de refroidissement dans lequel un brouillard de liquide est pulvérisé pour finir de le refroidir.
Exemple 1
Cet exemple est relatif au dépôt d'une piste d'aluminium 99,99% sur un sustrat constitué par un ruban de Fe - 42% Ni.
Les conditions opératoires du procédé de dépôt sont les suivantes: le substrat 4 est préchauffé à 620°C, l'aluminium est fondu à une température de 910°C. La buse 1 est en graphite et le conduit d'alimentation 2 a une section rectangulaire de 0,7 x 5,0 mm, le grand axe de cette section étant dans un plan perpendiculaire au dessin. On applique sur le métal liquide une pression de 200 mm de colonne d'eau. Avant le revêtement, la surface du substrat est dégraissée dans une solution alcaline et ensuite elle est décapée à l'acide. Le revêtement est réalisé dans une atmosphère de N2 -
10% H2 et le refroidissement du substrat revêtu est réalisé dans de l'eau. La vitesse de défilement du substrat est de 1,8 m/min.
Les caractéristiques du produit obtenu sont les suivantes: l'épaisseur maximum du revêtement est de 12 um etl'épaisseur moyenne est.de 8 μm, la rugosité entre les creux et les bosses est de 0,05 μm. La couche de composé intermétallique à l'interface est une couche de (NiFe)Al3 de 0,9 μm d'épaisseur, la dureté du revêtement est de 52 Vickers, la composition de la couche d'aluminium comporte 1% en poids de (Ni + Fe), on ne constate aucun changement de couleur et l'adhérence du revêtement est bonne.
Exemple 2
On a de nouveau un substrat de Fe - 42% Ni recouvert d'une piste de
99,99% Al. Le substrat est préchauffé à 520°C et l'aluminium est fondu à
945°C. Le substrat 4 est déplacé sous la buse 1 à une vitesse de 2,1 m/min, l'écartement entre les lèvres 3 et le substrat 4 est toujours de 0,15 mm.
La pression appliquée sur le métal liquide est de 300 mm de colonne d'eau.
La buse est la même que dans l'exemple 1, soit un orifice de 0,7 x 5,0 mm.
La préparation de la bande (substrat) est la même que pour l'exemple 1 et l'atmosphère de revêtement est également du N2 + 10% H2.
Le revêtement obtenu a une épaisseur maximum de 13 μm et une épaisseur moyenne de 11 μm. La rugosité du revêtement entre les creux et les bosses est de 0,02 μm. La couche de composé intermétallique (NiFe)Al3 à l'interface est de 1,3 μm, la teneur en Al du revêtement au-dessus de cette couche de composé intermétallique est > 98,5% en poids, la dureté est de 54 Vickers et l'adhérence est bonne.
Exemple 3
On réalise un dépôt de 99,99% Al sur Fe - 42% Ni dans des conditions voisines de celles de l'exemple 2 et on obtient une épaisseur moyenne de 23 μm avec une couche de composé intermétallique de 1,6 μm et une concentration de Al dans le revêtement de 98% en poids.
Le diagramme de la fig. 3 a été établi en portant en abscisse la température du substrat (ST) et en ordonnée la température de l'aluminium déposé (AIT). Les constantes étaient la vitesse du substrat de 1,8 m/min, le substrat de Fe - 42% Ni,le 99,99% Al servant de métal de revêtement du substrat, l'écartement de 0,15 mm entre le substrat et les lèvres 3 de la buse 1 et la largeur de 5,0 mm de la piste d'aluminium déposée.
Ce diagramme montre la présence de quatre zones, une zone 1 dans laquelle le mouillage du substrat est incomplet, une zone II dans laquelle on trouve des particules de composés intermétalliques dans toute l'épais seur du revêtement, une zone III qui constitue une zone de transition et une zone IV dans laquelle on trouve trois points E1, E2, E3 correspondant respectivement aux exemples 1, 2 et 3 susmentionnés.
Le diagramme de la fig. 4 montre dans un système de coordonnées X, Y donnant respectivement les températures du substrat (ST) et de l'aluminium (AIT), les limites de fonctionnement qui se situent à droite des courbes I,II, III pour des vitesses de substrat de 2,1 m/min, 1,8 m/min et 1,5 m/min respectivement. Les courbes en traits interrompus montrent les épaisseurs minimum (5 μm, 10 μm, 20 μm et 25 μm) que l'on peut obtenir à ces différentes vitesses, ceci toujours dans le cas de dépδts de 99,99% Al.
Exemple 4
On dépose du 99,99% Al sur un substrat de 99,95% Cu, en chauffant le substrat à 425°C et en fondant l'Ai à 795°C. La vitesse de défilement du substrat est de 6,0 m/min, l'écartement entre le substrat et la buse est de 0,15 mm, la pression appliquée sur le métal liquide est de 400 mm de colonne d'eau, la pression métallostatique étant de 20 mm. Le canal 2 de la buse est cylindrique et son diamètre est de 1,05 mm.
Le substrat est préalablement dégraissé au solvant, le revêtment s'effectue sous atmosphère d'argon et le refroidissement est à l'air avec une vitesse de 5°C/s.
Le revêtement obtenu a une épaisseur de 15 μm, une duretée de 54 Vickers. La couche de composé intermétallique à la surface du substrat est de 2.0 μm, le reste du revêtement présentant > 97% Al.
Exemple 5
Dépôt de 99,5% Al sur un substrat de 99,95% Cu, en chauffant ce dernier à 440°C et en fondant l'Ai à 820°C. La vitesse de défilement du substrat est de 4,8 m/min. L'écartement entre le substrat et la buse est de 0,4 mm. La pression appliquée sur le métal en fusion est de 700 mm de colonne d'eau, alors que la pression métallostatique est de 25 mm. Le canal de la buse a une section circulaire de 1,2 mm de diamètre.
Le substrat n'est soumis à aucun traitement préalable au revêtement qui se déroule sous atmosphère de 10% H2 - N2 suivi d'un refroidissement à l'air avec une vitesse de 50°C/s.
Le revêtement obtenu a une épaisseur de 12 μm, une dureté de 56 Vickers. L'épaisseur de la couche de composé intermétallique est de 4 μm, le reste du revêtement présentant > 98.5% Al.
Exemple 6
On dépose du Pb - 5% Sn sur un substrat de Cu - 4% Sn en chauffant ce dernier à 276°C et l'alliage de Pb - 5% Sn à 425°C. La vitesse de défilement du substrat est de 4,7 m/min et l'écartement entre la buse et le substrat est de 0,08 mm. La pression exercée sur le métal liquide est de 200 mm de colonne d'eau. Le canal d'alimentation de la buse est de section rectangulaire 0,7 x 12,0 mm.
Le substrat en bande est préalablement dégraissé par une solution alcaline et légèrement décapé à l'acide. Le revêtement se déroule sous atmosphère de 10% H2 - N2 avec refroidissement dans l'eau.
Le revêtement a une épaisseur maximum de 22 μm et moyenne de 20 μm, une dureté de 40 Vickers et une rugosité de 0,05 μm. La couche de composé intermétallique de (Cu6Sn5) à la surface du substrat a une épaisseur de 2,0 μm, le reste de la couche présentant < 1% Cu. La couleur du revêtement ne change pas.
Exemple 7
On dépose du Pb - 5% Sn sur un substrat de Cu - 4% Sn en chauffant ce dernier à 330°C et en fondant l'alliage de revêtement à 438°C. La vitesse de défilement du substrat et de 2,1 m/min et l'écartement entre la buse et le substrat est de 0,35 mm. La pression excercée sur le métal en fusion et de 180 mm de colonne d'eau. Le canal d'alimentation de la buse en graphite est de section circulaire de 1,2 mm de diamètre.
Le substrat en bande est préalablement dégraissé dans une solution alcaline. Le revêtement se déroule sous atmosphère de 10% H2 - N2 et refroidi ensuite dans l'eau.
Le revêtement obtenu a une épaisseur maximum de 44 um et moyenne de 22 μm, sa dureté est de 40 Vickers et sa rugosité de 0,02 μm. La couche de composé intermétallique (Cu6Sn5) à la surface du substrat a une épaisseur de 2,5 μm, le reste de la couche présentant < 1% Cu. L'adhérence est bonne. Exemple 8
On dépose du 95% Pb 5% Sn sur un substrat de Cu - 4% Sn en chauffant ce dernier à 290°C alors que l'alliage déposé est chauffé à 425°C. La vitesse du substrat est de 7,8 m/min et l'écartement entre la buse et le substrat est de 0,45 mm. La pression exercée sur le métal liquide est de 200 mm de colonne d'eau. Le canal de la buse en graphite a une section rectangulaire de 0,7 x 5,0 mm.
Le substrat en bande est préalablement dégraissé avec une solution alcaline et ensuite décapé à l'acide. Le revêtement se déroule sous atmosphère de 10% H2 - N2 et est ensuite refroidi à l'eau.
Le revêtement obtenu a une épaisseur maximum de 38 μm et moyenne de 33 μm, sa dureté est de 50 Vickers et sa rugosité de 0,1 μm. La couche de composé intermétallique (Cu6Sn5) à la surface du substrat a une épaisseur de 0,5 μm, le reste de la couche présentant < 1% Cu. L'adhérence du revêtement est bonne.
Exemple 9
On dépose du 99,95% Al sur un substrat de Cu - 4% Sn préalablement recouvert de 2 μm de Ni par voie électrolytique, en chauffant ce substrat à 640°C et le métal de revêtement à 970°C. La vitesse du substrat est de 2,1 m/min et l'écartement entre la buse et le substrat est de 0,10 mm. La pression exercée sur le métal liquide est de 200 mm de colonne d'eau. Le canal d'alimentation de la buse en graphite a une section rectangulaire de 0,7 x 5,0 mm.
Le substrat en bande est préalablement dégraissé avec une solution alcaline et soumis à un décapage électrolytique. Le revêtement se déroule sous atmosphère de 10% H2 - N2 et est ensuite refroidi à l'eau.
Le revêtement ainsi obtenu a une épaiseur de 5,0 μm maximum et de 4,5 μm en moyenne, sa dureté est de 54 Vickers et sa rugosité de 0,5 μm. La couche de composé intermétallique (NiAl3) à la surface du substrat a une épaisseur de 0,5 μm, le reste de la couche présentant 1,0% Ni en poids. L'adhérence est bonne.
Exemple 10
On dépose du 99,95% Al sur un substrat de Cu - 4% Sn en chauffant ce dernier à 520°C alors que le métal de revêtement est fondu à 840°C. La vitesse du substrat est de 4,4 m/min et l'écartement entre la buse et le substrat est de 0,15 mm. La pression exercée sur le métal liquide est de 200 mm de colonne d'eau. Le canal de la buse en graphite a une section rectangulaire de 0,7 x 5,0 mm.
Le substrat en bande est préalablement dégraissé avec une solution alcaline et décapé par voie électrolytique. Le revêtement se déroule sous atmosphère de N2 - 10%H2 et est ensuite refroidi à l'eau.
Le revêtement obtenu a une épaisseur maximum de 6 μm et une épaisseur moyenne de 5 μm, sa dureté est de 54 Vickers et sa rugosité de 0,05 μm. On trouve deux couches de composés intermétalliques CuAl et CuAl2 à la surface du substrat qui ont une épaisseur de 1 μm. Le reste de la couche présente < 3% en poids de Cu. Le métal du revêtement ne change pas de couleur et son adhérence est bonne.
On constate que le revêtement préalable du substrat par du nickel déposé par voie électrolytique, comme dans l'exemple 9, permet d'augmenter considérablement la pureté du métal de revêtement déposé sur le substrat. Le revêtement selon l'exemple 9 permet de satisfaire l'ensemble des exigences requises pour la fabrication des supports de connexion de circuits intégrés. En effet, l'aluminium du revêtement doit avoir une pureté > 99% en poids, une épaisseur comprise entre 4 et 10 μm ± 1 μm, une largeur comprise entre 2 - 10 mm ± 0,2 mm. La rugosité doit être 0,1 μm entre creux et bosses. La structure de la couche ne doit pas présenter de défauts, l'épaisseur de la couche intermédiaire doit être < 1 μm et la dureté < 70 Vickers.
Les revêtements de Pb-5% Sn des exemples 5, 6 et 7 satisfont notamment aux exigences requises pour le revêtement des pattes de connexion des supports de circuits intégrés. La dissolution du cuivre du substrat doit être < 1% en poids et la couche de composé intermétallique doit être < 1 μm. Les dimensions doivent être comprises entre 4 - 50 μm pour l'épaisseur, 1 - 30 mm pour la largeur et le profil doit être rectangulaire.
On constate que, malgré le fait de déposer un métal ou alliage en fusion sur un substrat préchauffé, il a été possible de réunir des conditions opératoires qui limitent l'épaisseur de la couche intermétallique entre 0,5 et 5 μm, plus généralement entre 0,5 et 2,5 μm et est généralement inférieure à 25% de l'épaisseur des couches les plus minces. La dissolution du métal du substrat étant comprise entre 0,5 et 5% plus généralement entre 0,5 et 2,5% en poids. Exemple 11
On dépose du Cu sur un ruban d'acier inoxydable type UNS S31603 (Norme ASTM) en faisant défiler le ruban de 25 mm x 0,25 mm à une vitesse de 4,0 m/mn et en le préchauffant à 670°C. L'écartement entre le substrat et la sortie de la buse est de 120 μm, la buse a une dimension longueur/largeur de la fente rectangulaire disposée transversalement au sens de défilement du ruban de 20/0,7 mm, la largeur de la lèvre bordant cette fente en aval respectivement en amont par rapport au sens de défilement du ruban est de 1 mm de part et d'autre de cette fente. Le Cu de revêtement est du cuivre électrolytique à 99,95% et la pression totale à la sortie de la buse est de 300 mm de colonne d'eau. Le ruban d'acier a préalablement été dégraissé avec un produit alcalin et décapé à l'acide. Le dépôt a lieu dans une atmosphère de N2 - 10% H2 et le refroidissement à la sortie du cylindre de graphyte 14 est réalisé à l'eau.
Le revêtement ainsi obtenu a une épaisseur de 30 μm. La pureté du métal de la bande de revêtement est > 99%, l'épaisseur de la couche intermétallique est de 0 um, la dureté est de 80 Vickers et la rugosité de 0,5 μm.
Exemple 12
Même métal déposé sur un même substrat que pour l'exemple 11, le substrat défilant à 2,8 m/mn. Le métal fondu est à 1340°C et le substrat à 610°C. L'écartement entre le substrat et la buse est de 60 μm. La buse a un orifice de sortie rectangulaire disposé transversalement au sens de défilement du sustrat de 0,7 x 5 mm. La lèvre 3 disposée en avant de l'orifice 2 à une largeur L' de 2 mm et celle qui est en amont de 1 mm. La pression du métal liquide à la sortie est de 300 mm de colonne d'eau.
Le substrat a été préalablement dégraissé dans une solution alcaline et décapé à l'acide. L'atmosphère du dépôt est composée de N2 - 10% H2. Le refroidissement à la sortie du cylindre de graphite est réalisé à l'eau.
Le revêtement ainsi obtenu a une épaisseur de 50 μm, une pureté de > 99% une couche intermétallique de 0 μm, une dureté Vickers de 80 et une rugosité de 0,8 μm. Exemple 13
On dépose du Cu 5% Pb sur le même substrat que dans les exemples 11 et 12. La vitesse du substrat est de 3,6 m/mn, la température de l'alliage fondu est de 1160°C celle du substrat de 550°C et l'écartement entre la buse et le substrat est de 60 μm. Les dimensions de la buse sont de 0,7 x 5 mm pour son orifice de sortie transversal au sens de défilement du substrat et des lèvres 3 de 1 mm le largeur de part et d'autre de ces lèvres. La pression à la sortie de la buse est de 100 mm de colonne d'eau.
Les conditions de préparation du substrat, l'atmosphère et le refroidissement restent les mêmes que dans les exemples 11 et 12.
Le revêtement a une épaisseur de 40 μm une pureté > 98%, une couche intermétallique de 0,5 μm une dureté de 110 Vickers et une rugosité de 0,5 μm.
Exemple 14
On dépose de l'Al 99,95% sur un substrat de Fe - 42% Ni défilant à 6,0 m/mn en chauffant l'Al à 740°C, le substrat à 615°C et en exerçant une pression à la sortie de la buse de 200 mm de colonne d'eau. L'écartement entre la buse et le substrat est de 250 μm. La buse présente un orifice rectangulaire et transversal au ruban-substrat de 0,7 x 5 mm et des lèvres 3 de 2 mm de part et d'autre de l'orifice 2.
Les conditions de préparation, l'atmosphère et le refroidissement sont les mêmes que dans les exemples 11 à 13.
Le revêtement obtenu a une épaisseur de 30 μm, une pureté > 98%, une couche intermétallique de 0,4 μm une dureté Vickers de 50 et une rugosité de 0,3 μm.
Exemple 15
On dépose du Pb 3,5 Sn 1,5% Ag sur un substrat de Ni qui défile à 12,0 m/mn, en chauffant l'alliage au Pb à 490°C et le substrat à 280°C. L'écartement entre la buse et le substrat est de 250 μm et la pression à la sortie de la buse de 200 mm de colonne d'eau. La buse a un orifice rectangulaire de 0,7 x 12 mm et une largeur de lèvre en aval de l'orifice de 1 mm et de 2 mm en amont. Les conditions de dépôt sont les mêmes que pour les Exemples 11 à 14. Le revêtement obtenu a une épaisseur de 50 μm, une pureté > 99%, une couche intermétallique de 0,3 μm une dureté Vickers de 80 et une rugosité de 0,7 μm.

Claims

R E VE ND I CA T I O N S
1. Procédé pour former sélectivement au moins une bande de revêtement d'un métal ou alliage de 4 à 50 p d'épaisseur sur un substrat d'un autre métal dont le point de fusion est supérieur à celui du revêtement, en limitant la couche intermétallique à l'interface entre 0,5 et 4 μm d'épaisseur dans une limite ne dépassant pas 40% de l'épaisseur totale, le reste étant formé du métal ou dé l'alliage initial utilisé pour le revêtement dans une proportion comprise entre 97% et 99,5% en poids, caractérisé par le fait que l'on chauffe ledit substrat à une température correspondant à 0,6 - 0,95 du point de fusion du métal du revêtement, que l'on fond le métal ou l'alliage de revêtement entre une et deux fois son point de fusion, que l'on amène ce métal ou alliage de revêtement en fusion sur la surface du substrat que l'on déplace a une vitesse de 1 - 15 m/mn, avec une pression comprise entre 50 - 5.00 mm de colonne d'eau à travers un conduit d'alimentation auquel on donne une dimension dans la direction d'avance du substrat comprise entre 0,3 - 1,0 mm et dont on place la sortie à une distance fixe comprise, entre 50 - 500 μm de la surface du substrat, et que l'on prolonge la face délimitant l'extrémité de sortie du conduit d'alimentation dans la direction d'avance du substrat entre environ 0,5 - 5 mm.
2. Procédé pour former au moins une bande de revêtement sur une face d'un ruban souple selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on fixe la distance entre l'orifice de sortie du conduit d'alimentation et le substrat en faisant défiler le substrat sur un support.
3. Procédé selon la. revendication 2, caractérisé par le fait que l'on refroidit le revers du substrat par conduction avec ledit support dont on dissipe la chaleur cédée par ledit substrat.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on donne à la surface dudit support une forme cylindrique et qu'on l'entraîne en rotation autour de son axe longitudinal à une vitesse périphérique correspondant à celle dudit substrat.
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on fait passer ledit substrat dans un fluide de refroidissement lorsqu'il quitte ledit support.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on fixe la distance entre l'orifice de sortie du conduit d'alimentation et le substrat entre 150 - 200 μm.
7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on oriente ledit conduit sensiblement verticalement et perpendiculairement audit substrat.
PCT/CH1986/000026 1985-03-04 1986-02-25 Procede pour former selectivement au moins une bande de revetement d'un metal ou alliage sur un substrat d'un autre metal WO1986005213A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE8686901320T DE3663038D1 (en) 1985-03-04 1986-02-25 Method for selectively forming at least a coating strip of a metal or alloy on a substrate of another metal
AT86901320T ATE42576T1 (de) 1985-03-04 1986-02-25 Verfahren zum mindestens teilweisen beschichten von metallgegenstaenden mit einer schicht aus einem anderen metall.

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH963/85-1 1985-03-04
CH96385 1985-03-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1986005213A1 true WO1986005213A1 (fr) 1986-09-12

Family

ID=4199263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CH1986/000026 WO1986005213A1 (fr) 1985-03-04 1986-02-25 Procede pour former selectivement au moins une bande de revetement d'un metal ou alliage sur un substrat d'un autre metal

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4719962A (fr)
EP (1) EP0215031B1 (fr)
JP (1) JPS62502124A (fr)
DE (1) DE3663038D1 (fr)
WO (1) WO1986005213A1 (fr)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH668083A5 (fr) * 1986-09-10 1988-11-30 Battelle Memorial Institute Procede pour former selectivement au moins une bande de revetement d'un metal ou alliage sur un substrat d'un autre metal et support de connexion de circuit integre realise par ce procede.
CH675257A5 (fr) * 1988-02-09 1990-09-14 Battelle Memorial Institute
DE19710292C2 (de) * 1997-03-13 2001-05-03 Wieland Werke Ag Verfahren zur Herstellung eines verzinnten Bandes
FI116453B (fi) * 2000-12-20 2005-11-30 Outokumpu Oy Menetelmä kerrosmetallituoteaihion valmistamiseksi ja kerrosmetallituoteaihio

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR860375A (fr) * 1939-09-25 1941-01-13 Machine automatique pour recouvrir les bandes de métal (acier, cuivre, etc.) d'une couche d'un autre métal ou alliage à bas point de fusion
FR923246A (fr) * 1946-01-28 1947-07-01 Procédé et dispositif pour le recouvrement de tôles à l'aide de métaux non ferreux
FR1153715A (fr) * 1956-05-09 1958-03-20 Armco Int Corp Procédé et appareillage pour la réalisation de revêtements métalliques
US2959829A (en) * 1957-09-09 1960-11-15 Joseph B Brennan Casting method and apparatus
US3201275A (en) * 1961-12-21 1965-08-17 Gen Electric Method and apparatus for meniscus coating
FR1584626A (fr) * 1968-08-22 1969-12-26
DE2134444A1 (de) * 1970-07-10 1972-01-20 Tokyo Shibaura Electric Co Verfahren zum Beschichten der Ober flache eines dünnen Metalldrahtes mit einer Schicht aus einem anderen Metall
EP0023472A1 (fr) * 1979-07-31 1981-02-04 Battelle Memorial Institute Procédé de revêtement en continu d'un substrat métallique sur une partie au moins d'au moins l'une de ses faces et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4033398A (en) * 1976-02-27 1977-07-05 Vandervell Products Limited Methods of manufacturing laminated metal strip bearing materials
US4596207A (en) * 1978-10-13 1986-06-24 Massachusetts Institute Of Technology Method of forming a laminated ribbon structure and a ribbon structure formed thereby

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR860375A (fr) * 1939-09-25 1941-01-13 Machine automatique pour recouvrir les bandes de métal (acier, cuivre, etc.) d'une couche d'un autre métal ou alliage à bas point de fusion
FR923246A (fr) * 1946-01-28 1947-07-01 Procédé et dispositif pour le recouvrement de tôles à l'aide de métaux non ferreux
FR1153715A (fr) * 1956-05-09 1958-03-20 Armco Int Corp Procédé et appareillage pour la réalisation de revêtements métalliques
US2959829A (en) * 1957-09-09 1960-11-15 Joseph B Brennan Casting method and apparatus
US3201275A (en) * 1961-12-21 1965-08-17 Gen Electric Method and apparatus for meniscus coating
FR1584626A (fr) * 1968-08-22 1969-12-26
DE2134444A1 (de) * 1970-07-10 1972-01-20 Tokyo Shibaura Electric Co Verfahren zum Beschichten der Ober flache eines dünnen Metalldrahtes mit einer Schicht aus einem anderen Metall
EP0023472A1 (fr) * 1979-07-31 1981-02-04 Battelle Memorial Institute Procédé de revêtement en continu d'un substrat métallique sur une partie au moins d'au moins l'une de ses faces et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé

Also Published As

Publication number Publication date
DE3663038D1 (en) 1989-06-01
EP0215031A1 (fr) 1987-03-25
JPS62502124A (ja) 1987-08-20
EP0215031B1 (fr) 1989-04-26
US4719962A (en) 1988-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2129810B1 (fr) Procédé de revêtement d&#39;un substrat et installation de dépôt sous vide d&#39;alliage métallique
CA1107577A (fr) Procede pour revetir a grande vitesse un element filiforme d&#39;une matiere thermofusible appaareil pour la mise en oeuvre de ce procede, ainsi qu element filiforme revetu selon ce procede
EP0070760B1 (fr) Procédé de traitement d&#39;une masse liquide sans contact avec les parois d&#39;un dispositif et application de ce procédé à la mise en forme de matériaux en microgravite
EP0023472B1 (fr) Procédé de revêtement en continu d&#39;un substrat métallique sur une partie au moins d&#39;au moins l&#39;une de ses faces et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé
FR2659087A1 (fr) Procede pour fabriquer un materiau solidifie en alliage amorphe.
CH629410A5 (fr) Procede de fabrication d&#39;une bande composite par placage.
FR2536309A1 (fr) Procede de fabrication de stratifie comportant une couche fonctionnelle appliquee sur une couche porteuse par projection au plasma de matiere et stratifie fabrique selon ce procede
EP0011547B1 (fr) Procédé et appareil pour la fabrication de tôle ou de feuillard galvanisé à revêtement pauvre sur une ou deux faces, et produit obtenu au moyen de ce procédé
CH668083A5 (fr) Procede pour former selectivement au moins une bande de revetement d&#39;un metal ou alliage sur un substrat d&#39;un autre metal et support de connexion de circuit integre realise par ce procede.
EP0215031B1 (fr) Procede pour former selectivement au moins une bande de revetement d&#39;un metal ou alliage sur un substrat d&#39;un autre metal
FR2525150A1 (fr) Support d&#39;acier pour plaque planographique et procede de fabrication
EP0037143B1 (fr) Procédé de revêtement à chaud
EP0329611B1 (fr) Procédé de revêtement en continu d&#39;un substrat filiforme d&#39;acier par immersion de ce substrat dans un bain de métal de revêtement en fusion
EP0594520B1 (fr) Procédé de galvanisation de produits sidérurgiques et produits sidérurgiques ainsi obtenus
CH655265A5 (en) Method for manufacturing a wire electrode for electron discharge machining (spark erosion machining)
EP0828864A1 (fr) Procede et dispositif pour revetir une bande metallique d&#39;un metal ou d&#39;un alliage a plus bas point de fusion ou de liquide que celui du materiau constituant la bande
WO1996035822A1 (fr) Dispositif et installation pour revetir une bande d&#39;acier
EP2834382B1 (fr) Procede d&#39;enduction d&#39;une fibre avec pre-enduction
BE1000490A4 (fr) Procede de coulee continue d&#39;un ruban metallique.
CH661748A5 (en) Process for coating a metal wire with an alloy or a metal
EP0848076B1 (fr) Procédé de revêtement au trempé d&#39;une tôle d&#39;acier; tôle zinguee ou aluminiée obtenue par ce procédé
FR2639361A1 (fr) Procede et dispositif pour la fabrication d&#39;un materiau en couches pour elements de glissement
CH690440A5 (fr) Procédé et dispositif de fabrication de fils ayant une surface en laiton, pour les besoins de l&#39;électro-érosion à fil.
EP1386016A1 (fr) Procede et dispositif pour le revetement d&#39;une bande metallique au trempe
LU84732A1 (fr) Procede et dispositif pour ameliorer la qualite des revetements metalliques formes par immersion a chaud

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1986901320

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1986901320

Country of ref document: EP

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 1986901320

Country of ref document: EP